第二章 粘粒及水的相互作用.ppt

§2.1 粘粒的胶体特性 l ?影响比表面积的因素: 土粒的大小 　　　　　　　　　 土粒的形状——取决于矿物成分。 2.粘粒的胶体特性：吸附能力 ? 粘粒组包括粘土矿物、游离氧化物、石英、长石、云母等原生残余 矿物的细小颗粒以及有机质。 粒度成分不同的土，其工程地质性质必有差别。 比表面积的大小决定了土的表面能的强弱，而土的表面能对土的一 系列特性有重要影响。 吸附作用：粘粒表面层上的每个粒子向内的吸引力没有平衡，固体表面上存在着自由场。粘粒表面借助这种场力把它与其周围物质吸引住，就是吸附作用。 l? 扩散层厚度： 定义：从固定层的边缘到扩散层末端的距离。 粘粒表面及其周围正负离子间总的电位差，称热力电位； 定量表示方法：通过电动电位（ ）表示——可用电泳实验测得。 的符号决定于颗粒表面的电荷符号 D——介质的介电常数；d——扩散层厚度； ——表面电荷密度 3.影响粘粒扩散层厚度的因素 l ?土粒的矿物成分与分散程度. l 溶液的化学成分:如果介质中可被选择吸附的离子浓度愈大,则热力学 电位愈大,扩散层愈厚,反之,扩散层愈薄 。 l 溶液的浓度:当溶液中反号离子的浓度增加时,可对扩散层的反号离 子排斥作用,结果使扩散层中的离子进入固定层,扩散层变薄。 l 溶液的PH值:由于粘粒的物质组成决定了溶液PH值对其热力学电位的 影响,从而影响到扩散层的厚度。 研究交换容量的意义:有助于判别土的工程地质性质。通过交换容量的测定，人们可以有目的性的改变水溶液的化学成分，以改良细粒土，满足工程建筑的要求。 ?注意： 离子交换按等反应进度关系进行，是可逆反应，并服从质量作用定律。 ?离子交换作用发生在反离子层(扩散层)与溶液中相同符号的离子之间。 ?一般胶体与水作用后，或有交换性阳离子，或有阴离子，两者具其一，而粘土矿物则两者兼有，但后者是次要的。 2.影响离子交换容量的因素： ① 颗粒的矿物成分及分散程度： 随着土粒直径的减小，交换容量随之增高。 一定量土中粘粒含量与交换容量成正比。 一般情况下，交换容量随着粘粒硅铝率的增大而增大。 注：硅铝率：某种粘土矿物的二氧化硅与游离氧化物分子数的相对比值：可表示为：k=(x/60.06)/(y/101.94+z/165.7)，x,y,z分别表示SiO2， AL2O3,Fe2O3 百分含量。 ② 溶液的化学成分、浓度与PH值：浓度与PH值影响着矿物颗粒表面的带电数量，也影响电位，而离子交换是在反离子层与溶液中进行的，所以颗粒表面带电的数量及热力学电位的大小对交换容量有直接影响。 l 相互聚沉:悬液中带电符号相反的两种粘粒,可直接相互吸引而可形成集合体。聚沉的程度与两者含量的比例有关，当两者含量相等时,聚沉最完全。 l 干燥聚沉:土在干燥过程中,由于蒸发逐渐失去水分,孔隙溶液的浓度迅速增加,使土粒的扩散层变薄,产生聚沉现象. l ?冻结聚沉:在负温条件下,土孔隙中水溶液开始有一部分冻结,使未 冻结的溶液中离子浓度增加,使土粒的扩散层变薄,再加上冰的压力,促 使土粒相互靠近,因而产生聚沉现象. 聚沉作用的意义： ① 在打隧道中,经常用到冻结聚沉原理,来暂时凝固松散颗粒完成工作。 ② 对“干燥聚沉”的研究，可以防范假集合体在工程中的应用，避免事 故的发生。 ③ 人们常利用“相互聚沉”的原理来净化水质。 2. 稳定作用： 定义：原来成为集合体的土粒，由于扩散层变厚（或者使带有相反电荷符号的土粒转为带有同号电荷，也能使扩散层变厚）当粒间排斥力大于吸引力，颗粒从新分离，称为稳定作用。 集合体稳定的方法： 集合体法:只能破坏部分假集合体。 半分散法:破坏假集合体及部分抗水集合体。 全分散法:使所有的集合体破坏分散。 3.触变与陈化(两者并不是对立的,陈化也会是粘土的胶气体系变化的结果) 触变:当粘粒发生聚沉，如果受到外力如振动，搅拌，电流等作用的影响，则往往会“液化”变成溶液或悬液，而当这些外力作用停止后，它们又重新聚沉，这种作用称为“触变”。 产生触变的条件： ① 触变性土的颗粒粒径应0.01㎜,且小于0.001㎜的土粒为足够的百 分含量。 ② 土粒形状必须是片状或长条状，这样才能形成网状结构。如果土 粒是浑圆状，则不会发生触变现象。例如:由蒙脱石粘粒组成的土，就具 有触变性。由石英颗粒组成的土，则不具有触变性。 陈化:有的触